供配电系统的设计-.ppt

模模块七七供配供配电系系统的的设计1学学习单元一元一 电气主接气主接线的的设计 知知识目目标掌握电气主接线的读取方法，学会根据原始资料对变配电所进行主接线设计的方法。能力目能力目标了解供配电系统设计技术规程，初步掌握工程设计的方法，能够根据原始资料拟定合理的电气主接线方案，能够绘制方案草图。2学学习单元一元一电气主接气主接线的的设计 一、一、供配供配电系系统设计的基本知的基本知识二、二、供配供配电系系统的的设计任任务实施施3一、一、供配供配电系系统设计的基本知的基本知识1.供配供配电系系统设计的基本原的基本原则（1）严格遵循规范、规程。（2）供配电系统的设计要求从全局出发，统筹兼顾，结合负荷的性质、用电容量、地区供电条件等情况，合理地确定设计方案，从而满足供电的要求。（3）供配电系统设计要考虑工程的特点、规模以及发展规划，并以近期建设为主，近期建设和远期发展相结合，适当考虑扩建的可能。（4）供配电系统设计要选用效率高、能耗低、性能先进的新型产品，从而节约能源学学习单元一元一电气主接气主接线的的设计42.供配供配电系系统设计的基本内容的基本内容1）变配电所的设计 变配电所的设计包括变配电所所址的选取，负荷计算，无功功率补偿，变电所主变压器台数和容量的选择、主接线方案的选择、短路电流计算、开关设备的选择、二次回路方案的确定、继电保护的选择、电气设备的接地与防雷设计等。学学习单元一元一电气主接气主接线的的设计5学学习单元一元一 2）供配电线路的设计 工厂范围的供配电线路设计内容包括供配电线路电压等级的确定、线路路径、线路结构型式的确定、电力负荷的计算、导线及电缆型号和截面的选择，配电设备的选择、架空线路电杆位置的确定、架空线路其他配件的选择、电缆线的敷设方式、电缆线配件的选择、防雷接地装置的设计及计算等。车间供配电线路的设计包括车间供配电线路布线方案的确定、负荷的计算、线路导线的选择、配电设备的选择、保护设备的选择、线路敷设方式等。电气主接气主接线的的设计6学学习单元一元一 3.工厂工厂电气照明的气照明的设计 供配电系统设计包括室外照明设计、各车间照明设计、工厂内各建筑物的照明设计、变配电所内的照明设计等。4.供配供配电系系统设计的步的步骤及要求及要求 1）扩大初步设计 扩大初步设计的主要任务是根据设计任务书的要求，进行负荷的统计计算，确定工厂的用电容量，选择供配电系统的方案以及主要设备，编制主要设备材料清单、工程预算，还需报上级主管部门审批。2）施工设计 施工设计是在扩大初步设计经上级主管部门批准后，为了满足安装施工要求进行的技术设计，重点绘制安装施工图。电气主接气主接线的的设计7学学习单元一元一5.供配供配电系系统设计的基的基础资料料电气主接气主接线的的设计应向当地供电部门收集以下资料。（1）工厂的可供电源容量以及备用电源容量。（2）供电电源的电压等级、供电方式、供电电源的回路数、导线和电缆的型号、长度、进入工厂的方位。（3）工厂供电的电力系统在最大和最小运行方式下的短路数据或供电电源线路首端的断路器断流容量。（4）供电电源首端的继电保护方式以及动作电流、动作时限的整定值，向工厂供电的电力系统对工厂进线端继电保护方式以及动作时限配合的要求。（5）供电部门对工厂电能计量方式及动作时限配合的要求。（6）对工厂功率因数的要求。（7）电源线路工厂外部设计和施工的工厂应负担的投资费用等。8学学习单元一元一二、供配二、供配电系系统的的设计任任务实施施电气主接气主接线的的设计 供配电系统的设计任务包括原始基础资料、设计任务及设计过程等。1.原始基原始基础资料料 1）规模 2）供电电源 3）工厂的负荷情况 4）变电所选址 5）电价制度9学学习单元一元一电气主接气主接线的的设计 2.设计任任务（1）编写设计说明书 （2）绘制设计图纸 设计图纸应包括变电所主接线图1张，变电所平面布置图1张和主变压器继电保护原理图1张。3.设计过程程（1）分析原始资料，初步拟订多个技术可行的方案。（2）选择主变压器：台数、运行方式、容量、型式、参数。（3）拟订高压侧、低压侧的基本接线形式。（4）通过技术比较，选出23个较优的方案。（5）通过经济比较，确定最优方案。10问题与思考与思考 1.供配电系统设计的基本内容有哪些？2.工厂电气照明的设计包括哪些部分？11学学习单元元二二 电力力负荷的荷的计算算 知知识目目标 掌握确定用电设备计算负荷的两种计算方法，掌握用电设备的工作制以及负荷曲线。能力目能力目标 掌握工厂计算负荷的确定方法，了解无功补偿的措施，掌握照明负荷的计算方法。12三、三、单相用相用电设备计算算负荷的确定荷的确定一、一、电力力负荷和荷和负荷曲荷曲线学学习单元二元二电力力负荷的荷的计算算二、二、电力力负荷的荷的计算算四、工厂四、工厂电气照明气照明负荷的确定荷的确定六、工厂的功率因数及无功六、工厂的功率因数及无功补偿五、五、全厂全厂计算算负荷的确定荷的确定13学学习单元二元二电力力负荷的荷的计算算一、一、电力力负荷和荷和负荷曲荷曲线1.电力力负荷的工作制及用荷的工作制及用电设备的容量的容量“电力力负荷荷”在不同的在不同的场合可以有不同的含合可以有不同的含义，它可以指用，它可以指用电设备或或用用电单位，也可以指用位，也可以指用电设备或用或用电单位的功率或位的功率或电流的大小。流的大小。14学学习单元二元二15工厂常用的用电设备按工作制可分为以下3类。1）长期连续工作制设备这类用电设备的特点是能长期连续运行，每次连续工作时间超过8 h，其负荷基本均匀稳定，如水泵、通风机、空气压缩机、电热设备、电镀设备、照明设备、发电机组等。2）短时工作制设备 这类用电设备的特点是工作时间很短，而停歇时间相对较长，如水闸用电动机、机床上的某些辅助电动机等。电力力负荷的荷的计算算15学学习单元二元二 3）反复短时工作制设备 这类用电设备的特点是工作呈周期性，时而工作时而停歇，如此反复，但工作周期一般不超过10 min，如起重机电动机和电焊变压器等。通常用“暂载率”(又称“负荷持续率”)来描述此类设备的工作特征。暂载率是指一个周期内工作率是指一个周期内工作时间与工作周期的百分比与工作周期的百分比值，用，用表示表示，即电力力负荷的荷的计算算(7-1)式中，T为工作周期；t为工作周期内的工作时间；t0为工作周期内的停歇时间。学学习单元二元二电力力负荷的荷的计算算16 同一设备在不同的暂载率下工作时，其输出功率是不同的。在计算其设备容量时，必须首先转换到一个统一的下。经过换算至统一规定工作制下的“额定功率”称为设备容量。学学习单元二元二电力力负荷的荷的计算算对起重电动机应统一换算到=25%，换算公式为 式中，PN 为换算前设备铭牌额定功率；Pe 为换算后的设备容量；N为设备铭牌暂载率；25为值为25%的暂载率。（7-2）对电焊机设备，应统一换算到=100%，换算公式为 式中，SN为设备铭牌额定容量；cos N为设备铭牌功率因数。（7-3）17【例7-1】某小批量生产车间380 V线路上接有金属切削机床12台（其中12 kW的4台，10.5 kW的6台，5 kW的2台），车间有380 V电焊机3台（每台容量20 kVA，N=65%，cosN=0.5），车间有吊车1台（7.5 kW，N=25%），试计算此车间的设备容量。解：（1）金属切削机床的设备容量。金属切削机床属于长期连续工作制设备，所以12台金属切削机床的总容量为：Pe1=Pei=（412+610.5+25）kW=79 kW （2）电焊机的设备容量。电焊机属于反复短时工作制设备，它的设备容量应统一换算到=100%，所以3台电焊机的设备容量为：学学习单元二元二电力力负荷的荷的计算算1819（3）吊车的设备容量。吊车属于反复短时工作制设备，它的设备容量应统一换算到=25%，所以1台吊车的容量为：（4）车间的设备总容量为：学学习单元二元二电力力负荷的荷的计算算19学学习单元二元二电力力负荷的荷的计算算2.负荷曲荷曲线1）负荷曲线的类型及绘制 负荷曲线是表示电力负荷随时间变动情况的曲线，反映了电力用户用电的特点和规律。负荷曲线按负荷对象分为工厂的、车间的或某台设备的负荷曲线；按负荷的功率性质分为有功、无功负荷曲线；按表示的时间分为年的、月的、日的、工作班的负荷曲线；按绘制方式分为折线形负荷曲线、阶梯形负荷曲线。20学学习单元二元二电力力负荷的荷的计算算图7-1 日有功日有功负荷曲荷曲线（a）折）折线形形负荷曲荷曲线 （b）阶梯形梯形负荷曲荷曲线21 年持续负荷曲线是根据一年中具有代表性的夏季日负荷曲线（见图7-2(a)）和冬季日负荷曲线（见图7-2(b)）绘制的。通常用年持续负荷曲线来表示年负荷曲线，如图7-2(c)所示。图7-2(c)中，P1在年负荷曲线上所占的时间为T1=200t1+165t2。学学习单元二元二电力力负荷的荷的计算算图7-2 年负荷曲线及绘制方法 （a）夏季日负荷曲线 （b）冬季日负荷曲线 （c）年负荷曲线(a)(b)(c)222）与负荷曲线相关的参数（1）年最大负荷和年最大负荷利用小时。年最大负荷Pmax是指全年中负荷最大的工作班30min平均功率的最大值。年最大负荷利用小时Tmax是指负荷以最大负荷持续运行一段时间，消耗的电能恰好等于该电力负荷全年消耗的电能Wa，这段时间称为年最大负荷利用小时，即 学学习单元二元二电力力负荷的荷的计算算（7-4）23学学习单元二元二电力力负荷的荷的计算算图7-3 年最大负荷和年最大负荷利用小时图7-4 年平均负荷学学习单元二元二电力力负荷的荷的计算算24（2）平均负荷、年平均负荷和负荷系数。平均负荷Pav是指电力负荷在一定时间内消耗的功率的平均值，即学学习单元二元二电力力负荷的荷的计算算（7-5）式中，Wt为t时间内消耗的电能（kWh）；t为实际用电时间（h）。（7-6）年平均负荷是全年工厂负荷消耗的总功率除以全年总小时数。负荷系数又称为负荷率，用KL表示，年平均负荷Pav与年最大负荷Pmax的比值，即（7-7）25 供配电系统运行时的实际负荷并不等于所有用电设备额定功率之和。这是因为用电设备不可能全部同时运行，每台设备也不可能全部满负荷运行，各种用电设备的功率因数也不可能完全相同。因此，供配电系统在设计过程中，必须找出这些用电设备的等效负荷。全年中负荷最大工作班内消耗电能最大的半小时的平均功率，称为半小时最大负荷P30。通常用P30、Q30、S30、I30分别表示负荷的有功计算负荷、无功计算负荷、视在计算负荷、计算电流。学学习单元二元二电力力负荷的荷的计算算二、二、电力力负荷的荷的计算算1.计算算负荷的概念荷的概念26 2.按需要系数法确定按需要系数法确定计算算负荷荷 一个车间有很多台用电设备，它们的负荷曲线也都不相同。在进行负荷计算时，应当根据其工作特点进行分组，每一组用电设备总的设备容量Pe是该组内各设备的设备容量的总和。同一用电设备组内包含有多台同类型设备，这些设备实际上不一定都同时运行，运行的设备也不太可能都满负荷，同时设备本身有功率损耗，配电线路也有功率损耗。因此在确定设备组的计算负荷时应考虑一个系数，即按需要系数法确定用电设备组计算负荷的基本公式为 P30=KdPe (7-8)学学习单元二元二电力力负荷的荷的计算算(7-9)式中，Kd为需要系数；Pe为设备容量，是用电设备组所有设备容量之和；Pei为每组用电设备的设备容量。27学学习单元二元二电力力负荷的荷的计算算 1）单台用电设备的计算负荷 对单台用电设备宜取Kd=1，因此，对单台电动机，其计算负荷公式为:P30=PN/N （7-10）式中，PN为电动机的额定功率（kW）；N为电动机在额定负荷下的效率。对单台电热设备、电炉变压器、白炽灯等设备来说，计算负荷等于其额定容量，即 P30=PN （7-11）对单台反复短时工作制的设备，计算负荷也等于其设备容量。28学学习单元二元二电力力负荷的荷的计算算 2）用电设备组的计算负荷可以直接采用需要系数法进行计算。有功计算负荷为 （7-12）无功计算负荷为 （7-13）视在计算负荷为 （7-14）计算电流为 （7-15）常用设备的需要系数、二项式系数以及功率因数见附表3。29学学习单元二元二电力力负荷的荷的计算算3）多组用电设备的计算负荷 如果进行计算的负荷有多种，则可将用电设备按性质分成若干不同组，分别对每组选用合适的需要系数，计算出每组用电设备的计算负荷，然后由各组计算负荷求出总的计算负荷。在确定多组用电设备的计算负荷时，应考虑各组用电设备的最大负荷不会同时出现的因素，计入一个同时系数K，该系数取值见表7-1。30学学习单元二元二电力力负荷的荷的计算算应用范围K确定车间变电所低压线路最大负荷 冷加工车间热加工车间动力站 0.70.80.70.90.81.0确定配电所母线的最大负荷 负荷小于5 000 kW计算负荷小于5 00010 000 kW计算负荷大于10 000 kW 0.91.00.850.8表7-1 同时系数K的取值31学学习单元二元二电力力负荷的荷的计算算求多组用电设备总的计算负荷时，所用的公式如下。总的有功计算负荷为 （7-12）总的无功计算负荷为 总的视在计算负荷为 总的计算电流为（7-13）（7-14）（7-15）32学学习单元二元二电力力负荷的荷的计算算【例7-2】某小批量生产车间380 V线路上接有金属切削机床共12台（其中12 kW的4台，10.5 kW的6台，5 kW的2台），车间有380 V电焊机3台（每台容量20 kVA，N=65%，cos N=0.5），车间有吊车1台（7.5 kW，N=25%），试用需要系数法计算此车间的计算负荷。解：（1）金属切削机床组的计算负荷。查附表3，取需要系数和功率因数为Kd=0.2，cos=0.5，tan=1.73，根据式（7-12）式（7-15）有 33学学习单元二元二电力力负荷的荷的计算算（2）电焊机组的计算负荷。查附表3，取需要系数和功率因数为Kd=0.35，cos=0.5，tan=1.73，根据式（7-12）式（7-15）有 34学学习单元二元二电力力负荷的荷的计算算（3）吊车组的计算负荷。查附表3，取需要系数和功率因数为Kd=0.15，cos=0.5，tan=1.73，根据式（7-12）式（7-15）有 35学学习单元二元二电力力负荷的荷的计算算（4）全车间的总计算负荷。查附表3，取同时系数K=0.8，所以全车间的计算负荷为 36 3.按二按二项式系数法确定式系数法确定计算算负荷荷 在计算设备台数较少，而且各台设备容量相差悬殊的车间干线和配电箱的计算负荷时宜采用二项式系数法。基本公式为（7-16）式中 b、c二项式系数，根据设备名称、类型、台数查附表3选取；用电设备组的平均负荷，其中 为用电设备组的设备总容量；指用电设备中x台容量最大的设备容量之和。指用电设备中x台容量最大的设备投入运行时增加的附加负荷。的计算公式与前述需要系数法相同。学学习单元二元二电力力负荷的荷的计算算37用用二二项式式法法求求解解计算算负荷荷的的几几个个问题：（1）对12台用电设备可认为 ，即（2）用电设备组的有功计算负荷的求取直接应用式（7-16），其余的计算负荷与需要系数法相同。（3）采用二项式系数法确定多组用电设备的总计算负荷时，要考虑各组用电设备的最大负荷不同时出现的因素。在各组用电设备中取其中一组最大的附加负荷 ，再加上各组平均负荷 ，求出设备组的总计算负荷。总的有功计算负荷为：（7-17）总的无功计算负荷为：（7-18）式中：各组中最大的一组附加负荷；最大附加负荷 的设备组的 。求出 、后，可根据公式（7-14）、（7-15）得出 和 。学学习单元二元二电力力负荷的荷的计算算38【例7-3】某小批量生产车间380 V线路上接有金属切削机床共12台（其中12 kW的4台，10.5 kW的6台，5 kW的2台），接有通风机3台（1.2 kW），车间有吊车3台（23.2 kW的1台，29.5 kW的2台，N=25%），试用二项式系数法计算此车间的计算负荷。学学习单元二元二电力力负荷的荷的计算算解：先求各组的bPe和cPx。（1）求金属切削机床组的计算负荷。查附表3，取二项式系数为 b=0.14，c=0.4，x=5，cos=0.5，tan=1.73，则 (bPe)1=0.1479=11.1 kW (cPx)1=0.4(124+10.51)=23.4 kW（2）通风机组的计算负荷。查附表3，取二项式系数为b=0.65，c=0.25，x=2，cos=0.8，tan=0.75，则 (bPe)2=0.653.6=2.3 kW (cPx)2=0.252.4=0.6 kW39学学习单元二元二电力力负荷的荷的计算算（3）求吊车组的计算负荷。查附表3，取二项式系数为b=0.06，c=0.2，x=3，(因n2x，故取x=n/2，按“四舍五入”的规则取整数，则x=2)，cos=0.5，tan=1.73，则 (bPe)3=0.06(23.21+29.52)=4.9 kW (cPx)3=0.2529.52=14.8 kW 以上各组设备中，附加负荷以(cPx)1为最大，因此总计算负荷为40单相设备接在三相线路中，应尽可能地均衡分配，使三相负荷尽可能地平衡pp如果三相如果三相如果三相如果三相线线路中路中路中路中单单相相相相设备设备的的的的总总容量不超容量不超容量不超容量不超过过三相三相三相三相设备总设备总容量的容量的容量的容量的15%15%15%15%时时：不论单相设备如何分配，单相设备可与三相设备综合按三相负荷平衡计算。pp如果三相如果三相如果三相如果三相线线路中路中路中路中单单相相相相设备设备容量超容量超容量超容量超过过三相三相三相三相设备设备容量容量容量容量15%15%15%15%时时：应将单相设备容量换算为等效三相设备容量，再与三相设备容量相加。学学习单元二元二电力力负荷的荷的计算算三、三、单相用相用电设备计算算负荷的确定荷的确定41 单相相设备组的等效三相的等效三相设备容量容量pp（1 1 1 1）单单相相相相设备设备接于相接于相接于相接于相电压时电压时：pp（2 2 2 2）单单相相相相设备设备接于同一接于同一接于同一接于同一线电压时线电压时：最大最大负荷相所接的荷相所接的单相相设备容量容量单相相设备容量容量按流按流过电流相等流相等的原的原则进行等效行等效学学习单元二元二电力力负荷的荷的计算算421 1电光源及常用灯具光源及常用灯具 热辐射光源:利用物体加热时发光的原理所做成的光源，如白炽灯，卤钨灯。气体放电光源:利用气体放电发光的原理所做成的光源，如荧光灯、荧光高压汞灯。四、工厂四、工厂电气照明气照明负荷的确定荷的确定学学习单元二元二电力力负荷的荷的计算算43（1 1）白）白炽灯灯 靠钨丝通过电流产生高温，从而引起热辐射发光。图7-5 白炽灯的结构1-玻壳 2-灯丝 3-支架 4-电极 5-芯柱 6-杜美丝 7-引入线 8-抽气管 9-灯头 10-封端胶泥 11-焊锡接触端学学习单元二元二电力力负荷的荷的计算算44（2 2）卤钨灯灯 发光原理与白炽灯相同，但在白炽灯泡中充入了微量的卤化物（如碘化物和溴化物），利用钨循环来提高发光效率。图7-6 卤钨灯的结构1-石英玻璃泡 2-金属支架 3-灯丝 4-散热罩 5-电极学学习单元二元二电力力负荷的荷的计算算45（3）荧光灯光灯 利用汞蒸气在外加电压作用下产生弧光放电，发出少许可见光和大量的紫外线，这些紫外线再激励灯管内壁的荧光粉，产生大量的可见光。图7-7 荧光灯的结构1灯头；2灯脚；3玻璃芯柱；4灯丝；5玻管；6汞（少量）学学习单元二元二电力力负荷的荷的计算算46（4 4）高）高压汞灯汞灯 是荧光灯的改进产品，属于高气压的汞蒸气放电光源，发光原理与荧光灯相同。图7-8 高压汞灯的结构1-主电极1 2-主电极2 3-支架 4-内层石英玻壳 5-外层石英玻壳 6-触发极 7-限流电阻 8-灯头 学学习单元二元二电力力负荷的荷的计算算47（5 5）高）高压钠灯灯 它利用高压的钠蒸气放电发光。学学习单元二元二电力力负荷的荷的计算算图7-9 高压钠灯的结构1-主电极 2-陶瓷放电管3-外玻壳 4-消气剂 5-灯头 48（6 6）金属）金属卤化物灯化物灯 在高压汞灯内添加某些金属卤化物，靠金属卤化物的循环作用，不断向电弧提供相应的金属蒸气，金属原子在电弧激发而辐射该金属的特征光谱线。图7-10 金属卤化物灯的结构1-主电极 2-放电管 3-保温罩 4-石英玻管 5-消气剂 6-触发极 7-限流电阻学学习单元二元二电力力负荷的荷的计算算49（7）管形氙灯）管形氙灯 高压氙气放电时能产生很强的白光，接近连续光谱，和太阳光十分相似，灯的功率大（可达100kW），亮度高，俗称“人造小太阳”。学学习单元二元二电力力负荷的荷的计算算502工厂常用灯具的工厂常用灯具的选择和布置和布置 1 1）照明光源的）照明光源的选择要求：要求：优先选用光效高、寿命长、节约能源的光源为原则，结合环境特点及工艺要求，综合考虑。照明光源宜采用荧光灯、白炽灯、高压气体放电灯等。当悬挂高度在4m及以下时，宜采用荧光灯。当悬挂高度在4m以上时，宜采用高压气体放电灯，当不宜采用气体放电灯时也可采用白炽灯。局部照明场所，防止电磁波干扰的场所，因光源的频闪影响视觉效果的场所，经常开关灯的场所，照度不高、且照明时间较短的场所宜采用白炽灯。学学习单元二元二电力力负荷的荷的计算算512）照明灯具的布置方案与要求）照明灯具的布置方案与要求 1 1）均匀布置）均匀布置图7-11 灯具均匀布置的型式a)正方形或矩形布置 b)菱形布置学学习单元二元二电力力负荷的荷的计算算522）选择布置布置图7-12 室内照明灯具的布置方案室内照明灯具的布置方案a)均匀布置均匀布置 b)选择布置布置学学习单元二元二电力力负荷的荷的计算算533.照明照明设备容量的确定容量的确定（1）无镇流器的照明设备(白炽灯、碘钨灯)，其设备容量为灯头的额定功率，即（7-19）（2）有镇流器的照明设备，其设备容量一般略高于灯头的额定功率，即（7-20）（3）照明设备的额定容量还可以按建筑物的单位面积容量法计算，即（7-21）式中:为建筑物单位面积的照明容量，单位为W/m2；A为建筑物面积，单位为m2。学学习单元二元二电力力负荷的荷的计算算54 单相设备总容量超过三相设备容量的15%，将单相设备容量换算为等效三相设备容量。换算方法算方法：选择其中最大的一相单相设备容量乘三倍，作为等效三相设备容量，再与三相设备容量相加，应用需要系数法计算其计算负荷。4.照明照明计算算负荷的确定荷的确定学学习单元二元二电力力负荷的荷的计算算55照明负荷一般采用需要系数法计算。即（7-22）式中:P30为计算负荷，单位为W；Kd为需要系数；Pe为总安装容量，单位为W，包括镇流器、触发器等附件消耗的功率。照明设备组的需要系数及功率因数值按表7-2选取。学学习单元二元二电力力负荷的荷的计算算56表表7-3 照明照明设备组的需要系数及功率因数的需要系数及功率因数 学学习单元二元二电力力负荷的荷的计算算57三相线路计算电流为（7-23）单相线路计算电流为（7-24）上两式中，UN、U为额定线电压、相电压，单位为V；P30、P30为三相、单相计算负荷，单位为W；cos为光源的功率因数。学学习单元二元二电力力负荷的荷的计算算581.逐逐级推算推算法法 由用电设备组开始，逐级向电源方向推算的方法，在经过变压器和较长的线路时，应加上变压器和线路的损耗。有功功率有功功率损耗：耗：（7-25）无功功率无功功率损耗：耗：（7-26）五、五、全厂全厂计算算负荷的确定荷的确定学学习单元二元二电力力负荷的荷的计算算5960P305=K5 P306iP304=P305+PwL2P303=K3 P304iP302=P303+PT+PwL1P301=K1 P302i 图7-13 逐逐级推算法示意推算法示意图 612需要系数法需要系数法 在已知全厂用电设备总容量的条件下，乘以一个工厂的需要系数即可求得全厂的有功计算负荷，即 （7-27）式中 全厂的需要系数值，查表7-4选取。全厂的无功计算负荷Q30、视在计算负荷S30和计算电流I30可分别如前述方法计算。学学习单元二元二电力力负荷的荷的计算算62表表7-4 全厂全厂负荷的需要系数及功率因数荷的需要系数及功率因数工厂工厂类别 需要系数需要系数 功率因数功率因数 汽汽轮机制造厂机制造厂0.38 0.88 锅炉制造厂炉制造厂 0.27 0.73 柴油机制造厂柴油机制造厂 0.32 0.74 重型机床制造厂重型机床制造厂 0.32 0.71 仪器器仪表制造厂表制造厂 0.37 0.81 电机制造厂机制造厂 0.33 0.81 石油机械制造厂石油机械制造厂 0.45 0.78 电线电缆制造厂制造厂0.35 0.73 电器开关制造厂器开关制造厂 0.35 0.75 橡胶厂橡胶厂 0.5 0.72 通用机械厂通用机械厂0.4 0.72 学学习单元二元二电力力负荷的荷的计算算633.按年按年产量和年量和年产值估算全厂的估算全厂的计算算负荷荷将工厂的年产量A乘以单位产品耗电量a，或工厂的年产值B乘以单位产值耗电量b，就可以得到工厂全年耗电量，即 Wa=Aa=Bb (7-28)再将工厂全年耗电量除以年最大负荷利用小时Tmax，就可以求出全厂的有功计算负荷，即 (7-29)而Q30、S30、I30的计算，与上述需要系数法相同。学学习单元二元二电力力负荷的荷的计算算64六、六、工厂的功率因数及无功工厂的功率因数及无功补偿1.工厂的工厂的功率因数功率因数瞬瞬时功率因数功率因数平均功率因数平均功率因数最大最大负荷荷时功率因数功率因数指运行中的工厂供用指运行中的工厂供用电系系统在某一在某一时刻的功率因数刻的功率因数值 P 功功率率表表测出出的的三三相相有有功功功功率率读数；数；U电压表表测出的出的线电压读数；数；I 电流表流表测出的出的线电流流读数。数。指某一指某一规定定时间段内段内功率因数的平均功率因数的平均值 指配指配电系系统运行在年最大运行在年最大负荷荷时（计算算负荷）的功率因数荷）的功率因数 WP有功有功电度表度表读数；数；Wq无功无功电度表度表读数。数。P30工厂的有功工厂的有功计算算负荷；荷；S30工厂的工厂的视在在计算算负荷。荷。学学习单元二元二电力力负荷的荷的计算算652.无功功率无功功率补偿 高压供电的工业用户和高压供电装有带负荷调压装置的电力用户，功率因数应达到0.9以上，其他用户功率因数应在0.85以上。人工人工补偿无功功率无功功率提高自然功率因数提高自然功率因数提高功率因数提高功率因数学学习单元二元二电力力负荷的荷的计算算66图7-14 无功功率无功功率补偿原理原理图 学学习单元二元二电力力负荷的荷的计算算67补偿容量和容量和补偿后后计算算负荷的荷的计算算（1 1）补偿容量的容量的计算算 (2)(2)补偿后后计算算负荷的荷的计算算 （7-30）确定确定电容器的个数容器的个数 (7-31)补偿后后总的无功的无功计算算负荷荷为(7-32)补偿后的后的视在在计算算负荷荷为 (7-33)学学习单元二元二电力力负荷的荷的计算算68加装无功补偿装置后，将使系统的电能损耗和电压损耗相应降低，既节约了电能，又提高了电压质量，而且还可以降低供电系统的造价。学学习单元二元二电力力负荷的荷的计算算69计算电流为(7-34)在变电所低压侧装设无功补偿装置，可使变电所总变压器的容量选得小一些。这不仅可降低变电所的初步投资，而且可减少工厂的电费开支。提高功率因数不仅对整个电力系统大有好处，而且对工厂本身也有一定的经济效益。学学习单元二元二电力力负荷的荷的计算算70【例例7-2】某小型工厂某小型工厂变电所，其所，其变压器低器低压母母线的有功的有功计算算负荷荷为420 kW，无功，无功计算算负荷荷为350 kvar。为了使工厂的功率因数不低于了使工厂的功率因数不低于0.9，若在，若在变电所低所低压侧装装设并并联电容器容器进行行补偿时，需装，需装设多少多少补偿容容量？量？补偿前后所前后所选变压器的容量有何器的容量有何变化？化？解：解：(1)计算算补偿前的前的变压器容量和功率因数。器容量和功率因数。变压器低器低压侧的的视在在计算算负荷荷为变压器低器低压侧的功率因数的功率因数为 未考未考虑无功无功补偿时，变压器的容量器的容量应选择630 kVA。学学习单元二元二电力力负荷的荷的计算算71(2)计算无功算无功补偿容量。容量。变压器低器低压侧的功率因数的功率因数较低，考低，考虑到到变压器本身的无功功率器本身的无功功率损耗耗远大于有功功率大于有功功率损耗，因此在耗，因此在变压器低器低压侧进行无功功率行无功功率补偿时，低，低压侧的的功率因数功率因数应略高于略高于0.90，才能，才能满足要求。足要求。现取取补偿后。后。由式由式(7-30)可得低可得低压侧无功无功补偿容量容量为QC=420(tanarccos0.77tanarccos0.93)=182.61 kvar 取取 QC=185 kvar学学习单元二元二电力力负荷的荷的计算算72(3)计算算补偿后工厂的功率因数。后工厂的功率因数。补偿后后变压器低器低压侧的的计算算负荷荷为无功无功补偿后后变压器的容量可器的容量可选为500 kVA。变压器器损耗耗为学学习单元二元二电力力负荷的荷的计算算73变压器高器高压侧的的计算算负荷荷为补偿后工厂的功率因数后工厂的功率因数为满足要求。足要求。由此可由此可见，补偿后后变压器的容量减少了，同器的容量减少了，同时不不仅减少了投减少了投资，也减少了，也减少了电费的支出，提高了功率因数。的支出，提高了功率因数。学学习单元二元二电力力负荷的荷的计算算741.工厂常用的用电设备按工作制可分为哪几类？2.电力负荷的常用计算方法有哪些种？它们的适用 范围是什么？问题与思考与思考75学学习单元元三三 短路故障和短路短路故障和短路电流的流的计算算 知知识目目标 了解短路故障的原因、危害及其种类。能力目能力目标 掌握短路电流的计算方法。76学学习单元元三三 短路故障和短路短路故障和短路电流的流的计算算 一、短路故障的原因、危害及种一、短路故障的原因、危害及种类二、短路二、短路电流的流的计算算7778学学习单元元三三 短路故障和短路短路故障和短路电流的流的计算算 一、短路故障的原因、危害及种一、短路故障的原因、危害及种类1.短路故障的原因短路故障的原因 短路故障是指运行中的电力系统或工厂供配电系统的相与相或相与地之间发生的金属性非正常连接。短路故障产生的原因：（1）电气设备绝缘损坏。（2）运行人员的误操作。（3）飞禽跨接不同电位的裸导体之间或自然灾害。7879学学习单元元三三 短路故障和短路短路故障和短路电流的流的计算算 2.短路故障的危害短路故障的危害（1）短路电流通过导体时，将使导体或电气设备产生大量热量，导体温度急剧升高，从而破坏设备绝缘，甚至可能把电气设 备烧毁。（2）短路电流将在导体和电气设备中产生巨大的电动力，使导体 或电气设备发生机械损坏。（3）短路使系统电压严重降低，电气设备正常工作受到破坏。7980学学习单元元三三 短路故障和短路短路故障和短路电流的流的计算算 2.短路故障的危害短路故障的危害（4）短路会造成大范围停电，而且越靠近电源，停电范围越大，给国民经济造成严重损失，给人民生活带来不便。（5）严重的短路将使电力系统运行的稳定性遭到破坏，使并联运 行的发电机组失去同步，进而造成电力系统解裂，甚至“崩 溃”，这是短路故障最严重的后果。（6）单相短路产生的不平衡电流，在周围空间将产生不平衡的交 变磁场，对附近的通信线路、电子设备及其他弱电控制系统 产生严重的电磁干扰，影响其正常工作。8081学学习单元元三三 短路故障和短路短路故障和短路电流的流的计算算 3.短路故障的种短路故障的种类8182学学习单元元三三 短路故障和短路短路故障和短路电流的流的计算算 短路计算的常用方法有三种：有名有名值法法、标幺幺值法法和短路容量法短路容量法。当供配电系统中某处发生短路在进行短路电流计算时，需先对各电气设备的参数进行计算。如果各种电气设备的电阻和电抗及其他电气参数用有名值表示，称为有名值法；如果各种电气设备的电阻和电抗及其他电气参数用相对值表示，称为有标幺值法；如果各种电气设备的电阻和电抗及其他电气参数用短路容量表示，称为短路容量法。二、短路二、短路电流的流的计算算1.短路短路计算方法算方法简介介8283学学习单元元三三 短路故障和短路短路故障和短路电流的流的计算算 2.短路短路电流的流的计算概述算概述图7-14 短路计算电路示意图进行短路电流计算，首先应绘出计算电路图，如图7-14所示。8384 学学习单元元三三 短路故障和短路短路故障和短路电流的流的计算算 在计算电路图上，将短路计算需要考虑的各元件的额定参数表示在图上，并将各元件依次编号，然后确定短路计算点，短路计算点要选择得使需要进行短路校验的电气元件有最大可能的短路电流通过。要按所选择的短路计算点绘出等效电路图，如图7-15所示。图7-15 短路等效电路图8485学学习单元元三三 短路故障和短路短路故障和短路电流的流的计算算 图7-16 短路计算电路示意图 计算等效电路中各等效电路各主要元件的阻抗。在等效电路图上，仅需将被计算的短路电流所流经的一些主要元件表示出来，并标明其序号和阻抗值。2.短路短路电流的流的计算概述算概述进行短路电流计算，首先应绘出计算电路图，如图7-16所示。8586学学习单元元三三 短路故障和短路短路故障和短路电流的流的计算算 有名值法又称欧姆法，在无限大容量系统中，三相短路电流周期分量的有效值可按式（7-38）进行计算。3.采用有名采用有名值法法进行短路行短路计算算 式中，UC为短路点的短路计算电压；Z为短路回路的总阻抗；R为短路回路的总电阻；X为短路回路的总电抗。（7-38）8687学学习单元元三三 短路故障和短路短路故障和短路电流的流的计算算 若不计电阻时，则三相短路电流周期分量的有效值为(7-39)三相短路容量为(7-40)供电系统的元件阻抗主要包括电力系统（电源）、电力变压器和电力线路的阻抗。8788学学习单元元三三 短路故障和短路短路故障和短路电流的流的计算算 有名值法又称欧姆法，在无限大容量系统中，三相短路电流周期分量的有效值可按式（7-38）进行计算。3.采用有名采用有名值法法进行短路行短路计算算 式中，UC为短路点的短路计算电压；Z为短路回路的总阻抗；R为短路回路的总电阻；X为短路回路的总电抗。（7-38）8889学学习单元元三三 短路故障和短路短路故障和短路电流的流的计算算 1）电力系统的阻抗 式中，UC为高压馈电线的短路计算电压，可直接采用短路点的短路计算电压；SOC为系统出口断路器的断流容量（7-39）如果只有断路器的开断电流IOC的数据，则其断流容量为（7-40）式中，UN为断路器的额定电压。8990学学习单元元三三 短路故障和短路短路故障和短路电流的流的计算算 2）电力变压器的阻抗（1）变压器的电阻RT。RT可由变压器的短路损耗Pk近似地计算，即 (7-41)式中，UC为短路点的短路计算电压；SN为变压器的额定容量；Pk为变压器的短路损耗，9091学学习单元元三三 短路故障和短路短路故障和短路电流的流的计算算 3）电力线路的阻抗 （1）线路的电阻RWL。RWL=R0L (7-42)式中，R0为导线或电缆单位长度的电阻，可查阅有关手册或产品样本；L为线路长度。（2）线路的电抗XWL。XWL=X0L (7-43)式中，X0为导线或电缆的单位长度电抗，可查阅有关手册或产品样本；L为线路长度。9192学学习单元元三三 短路故障和短路短路故障和短路电流的流的计算算 4.采用采用标幺幺值法法进行短路行短路计算算 标幺值法即相对单位值法，因其短路计算中的有关物理量是采用标幺值而得名。任一物理量的标幺值，为该物理量的实际值A与所选定的标准值Ad的比值，即 (7-44)9293学学习单元元三三 短路故障和短路短路故障和短路电流的流的计算算 5.两相短路两相短路电流的流的计算算 在无限大容量系统中发